DE102018002420B4

DE102018002420B4 - Method for determining the processing quality of a laser-assisted material processing

Info

Publication number: DE102018002420B4
Application number: DE102018002420.3A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Neumeier
Original assignee: A L L Lasersysteme GmbH; ALL Lasersysteme GmbH
Current assignee: A L L Lasersysteme GmbH; ALL Lasersysteme GmbH
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2038-03-24
Also published as: DE102018002420A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Bearbeitungsqualität einer lasergestützten Materialbearbeitung, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Bearbeitungsort mit einem kohärenten Messlichtbündel (30) beleuchtet wird,
- dass Frequenzverschiebungen, aufgrund des Doppler-Effekts, des an einem bewegten Werkstoff (21, 22) reflektierten und/oder gestreuten Messlichts, wobei der Werkstoff (20) aufgeschmolzen und/oder verdampft und/oder abgetragen wurde, erfasst werden, und
- dass aus den Frequenzverschiebungen auf die Bearbeitungsqualität des Lasermaterialbearbeitungsprozesses geschlossen wird.

Method for determining the processing quality of a laser-assisted material processing, characterized in that
- That the processing location is illuminated with a coherent measuring light bundle (30),
- that frequency shifts, due to the Doppler effect, of the reflected and / or scattered measuring light reflected on a moving material (21, 22), the material (20) being melted and / or evaporated and / or removed, are recorded, and
- That the processing quality of the laser material processing process is inferred from the frequency shifts.

Description

Gebiet der Erfindung:Field of the Invention:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Bearbeitungsqualität einer lasergestützten Materialbearbeitung, insbesondere dem Laserschneiden.The invention relates to a method for determining the processing quality of a laser-assisted material processing, in particular laser cutting.

Beschreibung des Standes der Technik:Description of the prior art:

Vorrichtungen zur Lasermaterialbearbeitung umfassen üblicherweise eine Laserstrahlungsquelle und einen Bearbeitungskopf, der die von der Laserstrahlungsquelle emittierte Strahlung fokussiert und somit die Leistungsdichte am Bearbeitungsort erzeugt, die für den Bearbeitungsprozess notwendig ist. Der Bearbeitungskopf und/oder der Fokuspunkt der Laserstrahlung sind standardmäßig gegenüber dem Werkstück verfahrbar angeordnet. Je nach Bearbeitungsprozess kann aus einer oder mehreren Düsen des Bearbeitungskopfes Prozessgas ausströmen, welches die Aufgabe hat, den Prozess vor der Umgebungsluft abzuschirmen und/oder mit dem Werkstoff in Reaktion zu treten und/oder die durch die Bearbeitung entstehende Rückstände vom Bearbeitungsort zu entfernen.Devices for laser material processing usually include a laser radiation source and a processing head that focuses the radiation emitted by the laser radiation source and thus generates the power density at the processing location that is necessary for the processing process. The processing head and / or the focal point of the laser radiation are arranged so as to be movable relative to the workpiece. Depending on the machining process, process gas can flow out of one or more nozzles of the machining head, which has the task of shielding the process from the ambient air and / or reacting with the material and / or removing the residues resulting from the machining from the machining location.

Die Bearbeitungsqualität ist von einer Vielzahl von Prozessparametern abhängig. Es folgt eine Auflistung einer Auswahl wichtiger Prozessparameter:

a) Die Lage des Fokuspunkts des Bearbeitungslaserstrahls auf dem Werkstück,
b) die Strahlqualität der Laserquelle,
c) die Leistung und/oder Pulsenergie des Bearbeitungslaserstrahls,
d) die Abbildungsleistung der Optik des Bearbeitungskopfes,
e) der Düsenabstand relativ zum Werkstück,
f) die Verfahrgeschwindigkeit des Fokuspunkts des Bearbeitungslaserstrahls und/oder des Bearbeitungskopfes relativ zum Werkstück,
g) der Druck sowie die Art des Prozessgases,
h) die Materialqualität sowie die Materialart des Werkstücks.

The processing quality depends on a large number of process parameters. The following is a list of a selection of important process parameters:

a) the position of the focal point of the machining laser beam on the workpiece,
b) the beam quality of the laser source,
c) the power and / or pulse energy of the processing laser beam,
d) the imaging performance of the optics of the processing head,
e) the nozzle distance relative to the workpiece,
f) the travel speed of the focal point of the machining laser beam and / or the machining head relative to the workpiece,
g) the pressure and the type of process gas,
h) the material quality and the material type of the workpiece.

Die Prozessparameterwerte können während des Bearbeitungsvorgangs von jenen Sollwerten abweichen, welche ein optimales Bearbeitungsergebnis ergeben. Hierdurch werden die Prozessstabilität und die Bearbeitungsqualität negativ beeinflusst. Ursächlich für die Abweichung der Prozessparameterwerte können zum einen fertigungsbedingte Schwankungen der Materialqualität innerhalb eines Werkstücks sein. Zum anderen können thermische Effekte entstehen, die aus der teilweisen Absorption der Laserstrahlung innerhalb des optischen Systems oder der durch Wärmeleitung oder Abstrahlung weitergeleiteten Prozesswärme des thermischen Bearbeitungsvorgangs resultieren. Bei trennenden Bearbeitungsverfahren kann zudem die während des Bearbeitungsprozesses abnehmende mechanische Stabilität des Werkstücks negativ auf das Bearbeitungsergebnis einwirken. Beispielsweise kann ein Werkstück während eines Laserschneidprozesses durch die Kraft eines strömenden Prozessgases und einer abnehmenden mechanischen Fixierung aufgrund der trennenden Bearbeitung zu flattern beginnen oder verbiegen.The process parameter values can deviate during the machining process from those setpoints which result in an optimal machining result. This has a negative impact on process stability and processing quality. The reason for the deviation of the process parameter values can be production-related fluctuations in the material quality within a workpiece. On the other hand, thermal effects can arise which result from the partial absorption of the laser radiation within the optical system or from the process heat of the thermal processing process which is passed on by heat conduction or radiation. In the case of separating machining processes, the mechanical stability of the workpiece, which decreases during the machining process, can also have a negative effect on the machining result. For example, during a laser cutting process, a workpiece can start to flutter or bend due to the force of a flowing process gas and a decreasing mechanical fixation due to the separating machining.

Schwankungen der Bearbeitungsqualität sind unerwünscht, da diese zu Produktionsausschuss und im Extremfall zu Schäden an der Bearbeitungsanlage führen können. Es ist daher mindestens erforderlich, den Bearbeitungsvorgang kontinuierlich zu Überwachen und diesen bei abnehmender Bearbeitungsqualität oder Fehlern zu unterbrechen und die Ursache des schlechten Bearbeitungsergebnisses zu beseitigen. Im Idealfall bestehen Regelkreise, die in Echtzeit anhand von Messwerten die aktuelle Bearbeitungsqualität bestimmen und bei Abweichungen von der geforderten Qualität Prozessparameter gezielt verändern, um dadurch ein konstantes Bearbeitungsergebnis zu erhalten.Fluctuations in processing quality are undesirable, as they can lead to production scrap and, in extreme cases, damage to the processing system. It is therefore at least necessary to continuously monitor the machining process and to interrupt it if the machining quality or errors decrease and to eliminate the cause of the poor machining result. Ideally, there are control loops that determine the current machining quality in real time on the basis of measured values and, in the event of deviations from the required quality, specifically change process parameters in order to obtain a constant machining result.

Die Überwachung eines Laserbearbeitungsvorgangs erfolgt häufig noch durch einen erfahrenen Maschinenbediener, der über visuelle, akustische und haptische Wahrnehmung von Prozess und Werkstück die Bearbeitungsqualität beurteilen kann. Im Zuge zunehmender Automatisierung in der Produktion besteht jedoch ein wachsender Bedarf nach maschinellen Lösungen zur Prozessüberwachung und Prozessregelung.A laser machining process is often still monitored by an experienced machine operator, who can assess the machining quality via visual, acoustic and haptic perception of the process and workpiece. In the course of increasing automation in production, however, there is a growing need for mechanical solutions for process monitoring and process control.

Zur Überwachung eines Laserbearbeitungsvorgangs ist dem Fachmann eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die anhand des Prozessleuchtens Rückschlüsse auf den Zustand des Prozesses erlauben. Die messtechnische Erkennung des Prozessleuchtens kann dabei über nicht-ortsauflösende und/oder ortauflösenden Detektoren bei dedizierten Spektralbereichen und/oder über weite Spektralbereiche hinweg erfolgen. Das Prozessleuchten unterliegt jedoch häufig auch bei optimalen Prozessparameterwerten starken Schwankungen, welche hauptsächlich der Materialbeschaffenheit des Werkstücks, anhaftenden Verschmutzungen und/oder vorhandenen Schutzfolien sowie der oft unabsichtlich geschehenden, simultanen Laserbearbeitung der Werkstückauflage geschuldet sind. Allen derartigen Verfahren ist daher gemein, dass sie anfällig gegenüber der Erkennung von fälschlicherweise als Fehler klassifizierten Prozessereignissen sind und meist an charakteristische Emissionsmuster bestimmter Bearbeitungsvorgänge oder Materialtypen angelernt werden müssen. In der industriellen Massenproduktion von gleichen Werkstücken oder bei bestimmten Materialtypen können mit diesen Verfahren nutzbringende Resultate erzielt werden. Bei der Herstellung von kleinen bis mittleren Stückzahlen ist das Anlernen jedoch häufig zu aufwendig. Vorrichtungen mit ortsauflösenden Sensoren haben zudem bei tendenziell preissensitiven Bearbeitungsverfahren, wie dem Laserschneiden, meist ein Akzeptanzproblem aufgrund der erheblichen Mehrkosten für das Überwachungssystem.For monitoring a laser processing operation, a multitude of methods are known to the person skilled in the art which, based on the process lighting, allow conclusions to be drawn about the state of the process. The measurement of the process lighting can take place via non-spatially resolving and / or spatially resolving detectors with dedicated spectral ranges and / or across wide spectral ranges. However, process lighting is often subject to strong fluctuations even with optimal process parameter values, which are mainly due to the material properties of the workpiece, adhering soiling and / or existing protective films and the often unintentional, simultaneous laser processing of the workpiece support. It is therefore common to all such methods that they are susceptible to the detection of process events incorrectly classified as errors and mostly to characteristic emission patterns Machining processes or material types must be taught. In industrial mass production of the same workpieces or for certain types of material, these processes can achieve useful results. In the production of small to medium quantities, however, teaching is often too complex. Devices with spatially resolving sensors also tend to have an acceptance problem in the case of processing methods which tend to be price-sensitive, such as laser cutting, because of the considerable additional costs for the monitoring system.

Aus der US 9 061 369 B2 geht ein Verfahren zum Bestimmen der Bearbeitungsqualität einer lasergestützten Materialbearbeitung hervor, bei dem beim Laserbearbeitungsprozess vom Werkstoff emittiertes Prozessleuchten erfasst und zur Beurteilung der Bearbeitungsqualität herangezogen wird. Das Verfahren ermöglicht die Erkennung von Änderungen der Materialzusammensetzung während der Bearbeitung, erlaubt jedoch keine Beurteilung der Bearbeitungsqualität bei der Bearbeitung von homogenen Materialien unter inerten Bedingungen, welche bei vielen Laserbearbeitungsprozessen gegeben sind.From the US 9 061 369 B2 is a method for determining the processing quality of a laser-assisted material processing, in which process lights emitted by the material are recorded in the laser processing process and used to assess the processing quality. The method enables changes in the material composition to be detected during processing, but does not permit any assessment of the processing quality when processing homogeneous materials under inert conditions which are present in many laser processing processes.

Weitere Verfahren basieren auf der Auswertung der Rückreflexion der Strahlung des Bearbeitungslasers. Die DE 10 2012 100 721 B3 offenbart beispielhaft ein Verfahren zur Konstanthaltung der Schnittspaltbreite beim Laserschneiden durch Messung der Rückreflexion des Bearbeitungslaserstrahls von der Werkstückoberfläche neben dem Schnittspalt mit dem Ziel, die Prozessparameterwerte stets in einem optimalen Bereich zu halten. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Rückreflexion neben der Schnittspaltbreite auch von der Materialbeschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks abhängt und zudem die Schnittspaltbreite alleine kein eindeutiger Indikator für die Schnittqualität ist.Other methods are based on the evaluation of the back reflection of the radiation from the processing laser. The DE 10 2012 100 721 B3 discloses, for example, a method for keeping the cutting gap width constant during laser cutting by measuring the back reflection of the machining laser beam from the workpiece surface next to the cutting gap with the aim of always keeping the process parameter values in an optimal range. This method has the disadvantage that the back reflection depends not only on the cutting gap width but also on the material properties of the surface of the workpiece and, moreover, the cutting gap width alone is not a clear indicator of the cutting quality.

In der DE 10 2013 015 656 A1 und der DE 10 2014 007 887 A1 sind Verfahren beschrieben, welche optische Kurzkohärenztomographen zur Beobachtung der Prozesszone bei der Lasermaterialbearbeitung einsetzen und die Topographie in und um der Prozesszone erfassen. Hierdurch kann die Lage des Werkstücks relativ zum Bearbeitungskopf und beim Laserschweißprozess die Einschweißtiefe sowie die Oberflächenbeschaffenheit des Bearbeitungsergebnisses ermittelt werden. Ein Lasermaterialbearbeitungsprozess ist typischerweise auch durch, während der Bearbeitung stattfindenden, Stofftransportvorgänge gekennzeichnet. Eine Charakterisierung der Stofftransportvorgänge direkt in der Bearbeitungszone erfolgt in beschriebenem Verfahren jedoch nicht.In the DE 10 2013 015 656 A1 and the DE 10 2014 007 887 A1 Methods are described which use optical short-coherence tomographs for observing the process zone during laser material processing and which record the topography in and around the process zone. In this way, the position of the workpiece relative to the machining head and, in the laser welding process, the welding depth and the surface quality of the machining result can be determined. A laser material processing process is typically also characterized by mass transfer processes that take place during the processing. A characterization of the mass transfer processes directly in the processing zone does not take place in the described method.

Eine berührungslose Charakterisierung eines Stofftransportvorgangs ist mit einer Messvorrichtung möglich, wie sie in der US 7 580 132 B2 beschrieben ist. Diese misst eine Frequenzverschiebung aufgrund des Doppler-Effekts und bestimmt mit dieser Geschwindigkeiten des vermessenen Objektes. Die Frequenzverschiebung wird durch den Frequenzunterschied zwischen einem Lichtstrahl, welcher das Messobjekt beleuchtet sowie einem Lichtstrahl, welcher vom Messobjekt zurückgeworfen wird, bestimmt. Eine Anwendung im Bereich der Lasermaterialbearbeitung ist jedoch nicht beschrieben.A non-contact characterization of a mass transport process is possible with a measuring device as shown in the US 7,580,132 B2 is described. This measures a frequency shift based on the Doppler effect and uses this to determine the speeds of the measured object. The frequency shift is determined by the frequency difference between a light beam that illuminates the measurement object and a light beam that is reflected by the measurement object. However, an application in the field of laser material processing is not described.

Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the Invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Bearbeitungsqualität einer lasergestützten Materialbearbeitung, insbesondere dem Laserschneiden, vorzuschlagen, welches während der Bearbeitung von schmelzbaren Werkstoffen, insbesondere von Metallen und deren Legierungen, angewendet werden kann.The invention is based on the object of proposing a method for determining the processing quality of laser-assisted material processing, in particular laser cutting, which can be used during the processing of fusible materials, in particular metals and their alloys.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 9 gelöst. Danach wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten, Rauch und/oder festen Bearbeitungsrückständen in der Prozesszone, wie etwa der Schmelze, ausgetriebenen Tropfen aus Schmelze und/oder verdampftem Material, erfasst wird, wobei das Messsystem nach Art eines Interferometers, optischen Heterodynempfängers oder selbstdurchmischenden Interferometers („self-mixing interferometry“) ausgebildet ist.The object is achieved by the features of claims 1 to 9. Then a method is proposed in which the speed of movement of liquids, smoke and / or solid processing residues in the process zone, such as the melt, droplets expelled from the melt and / or evaporated material is recorded, the measuring system being like an interferometer, optical Heterodyne receiver or self-mixing interferometer ("self-mixing interferometry") is formed.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Stofftransportvorgänge in der Bearbeitungszone die Bearbeitungsqualität wesentlich bestimmen. Dies soll im Folgenden am Beispiel des Laserschmelzschneidens hervorgehoben werden. Dem Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass der beschriebenen Sachverhalt - die Abhängigkeit der Dynamik in der Prozesszone von Prozessparameterwerten und damit von der Bearbeitungsqualität - auch auf andere Lasermaterialbearbeitungsprozesse übertragen werden kann.The invention is based on the knowledge that the material transport processes in the processing zone essentially determine the processing quality. This should be emphasized below using the example of laser fusion cutting. However, the person skilled in the art can see that the fact described - the dependence of the dynamics in the process zone on process parameter values and thus on the processing quality - can also be transferred to other laser material processing processes.

Kennzeichnend für das Laserschmelzschneiden sind das quasi kontinuierliche Aufschmelzen des Materials des Werkstücks entlang der Schneidbahn durch einen fokussierten Laserstrahl und das Ausblasen des verflüssigten Materials aus dem Schnittspalt mit einem inerten Prozessgas. Eine Abwandlung des Schmelzschneidens stellt das Laserbrennschneiden dar, bei dem der Werkstoff durch die fokussierte Laserstrahlung auf seine Entzündungstemperatur erwärmt, durch zugeführten Sauerstoff verbrannt und der flüssige Verbrennungsrückstand durch überschüssigen Sauerstoff aus der Schnittfuge ausgeblasen wird. Bei beiden Schneidarten ist eine hohe Schnittqualität durch eine möglichst glatte, gerade Schnittflanke mit feiner Riefenstruktur sowie durch gratfreie Schnittkanten charakterisiert. Diese ideale Charakteristik der Schnittkante ist nur gegeben, wenn durch geeignete Einstellung der Prozessparameterwerte unter anderem folgenden Bedingungen erfüllt werden:

a) Das Material entlang der Schneidbahn hat pro Volumeneinheit des Werkstoffs eine bestimmte Menge der Energie des Laserstrahls absorbiert, sodass die entstehende Schmelze eine spezifische Temperatur und damit eine spezifische, niedrige Viskosität aufweist.
b) Die Fokuslage und Strahlform im Schnittspalt schmelzen den Werkstoff entlang der Schneidbahn über eine bestimmte Breite auf, wodurch sich eine charakteristische Schnittspaltbreite ergibt.
c) Die antreibenden Kräfte des Prozessgasdurchflusses im Schnittspalt erzeugen einen Schmelzfluss in Richtung Unterseite des Schnittes und sind ausreichend, um das aufgeschmolzene Material mit genannter spezifischer Viskosität möglichst vollständig aus dem Schnittspalt zu treiben, wobei die Kapillarkräfte und die Oberflächenspannungen der Schmelze überwunden werden, welche sich durch die Lage der Schmelze innerhalb eines Schnittspalts genannter spezifischer Breite ergeben.

Characteristic of laser fusion cutting is the quasi-continuous melting of the material of the workpiece along the cutting path by a focused laser beam and the blowing out of the liquefied material from the cutting gap with an inert process gas. A variation of fusion cutting is laser flame cutting, in which the material is heated to its ignition temperature by the focused laser radiation, burned by added oxygen and the liquid combustion residue is blown out of the kerf by excess oxygen. With both types of cutting, high cutting quality is characterized by the smoothest possible straight cut flank with a fine grooved structure and by burr-free cut edges. This The ideal characteristic of the cutting edge is only given if, among other things, the following conditions are met by suitably setting the process parameter values:

a) The material along the cutting path has absorbed a certain amount of the energy of the laser beam per unit volume of the material, so that the resulting melt has a specific temperature and thus a specific, low viscosity.
b) The focus position and beam shape in the cutting gap melt the material along the cutting path over a certain width, which results in a characteristic cutting gap width.
c) The driving forces of the process gas flow in the cutting gap produce a melt flow towards the underside of the cut and are sufficient to drive the melted material with the specified specific viscosity as completely as possible out of the cutting gap, whereby the capillary forces and the surface tensions of the melt are overcome, which are result from the position of the melt within a cutting gap of the specified width.

Die genannten Bedingungen bestimmen ideale Schmelzabflussgeschwindigkeiten entlang der Schnittfront und der Schnittflanke in Abhängigkeit von Material und Materialdicke. Weichen die Prozessparameterwerte von den optimalen Werten ab, so ist die Abflussgeschwindigkeit der Schmelze zu gering oder zu hoch. Diese kann dann nicht mehr vollständig aus dem Schnittspalt ausgetrieben werden und/oder verfestigt sich wellenförmig an den Schnittflanken sowie an der Schnittunterkante. Die Folge ist eine ausgeprägte Riefenstruktur an der Schnittflanke und/oder eine Grat- oder Bartbildung an der Schnittunterkante. Im Sonderfall des Brennschneidens bilden sich statt einem Grat oder Bart häufig Schlacketropfen an der Schnittunterkante, die den Schnittspalt teilweise oder vollständig überspannen. Zudem kann es zu Ausbränden an der Schnittflanke kommen.The conditions mentioned determine ideal melt flow rates along the cutting front and the cutting edge depending on the material and material thickness. If the process parameter values deviate from the optimal values, the melt flow rate is too low or too high. This can then no longer be driven out of the cutting gap completely and / or solidifies in a wave shape on the cutting flanks and on the lower cutting edge. The result is a pronounced grooved structure on the cut flank and / or a burr or beard formation on the lower edge of the cut. In the special case of flame cutting, instead of a burr or beard, slag drops often form on the lower edge of the cut, which partially or completely span the cutting gap. In addition, burns can occur on the cutting edge.

Die erfindungsgemäße Messung der Bewegungsgeschwindigkeiten von Stoffflüssen in der Prozesszone eines Lasermaterialbearbeitungsvorgangs ermöglicht daher die Bestimmung der Bearbeitungsqualität in Echtzeit. Beim Laserschneidprozess sind diese Bewegungen der Abfluss der Schmelze an der Schnittfront und an den Schnittkanten, der Strom von etwaigen Metalldampf durch den Schnittspalt sowie die Fluggeschwindigkeit der ausgeblasenen Schmelztropfen unterhalb des Werkstücks.The measurement according to the invention of the movement speeds of material flows in the process zone of a laser material processing operation therefore enables the processing quality to be determined in real time. In the laser cutting process, these movements are the outflow of the melt at the cutting front and at the cutting edges, the flow of any metal vapor through the cutting gap and the flying speed of the blown-out melt drops below the workpiece.

Die Messung der Bewegungsgeschwindigkeiten der Stoffflüsse in der Prozesszone erfolgt erfindungsgemäß durch interferometrische Messung. Hierbei ist die Prozesszone mittels eines zeitlich kohärenten Messlichtbündels beleuchtet, wobei das Messlicht an Objekten in der Prozesszone teilweise reflektiert und/oder gestreut wird. Bei der Reflexion und/oder Streuung an bewegten Objekt erfährt das Messlicht eine Frequenzverschiebung aufgrund des Doppler-Effekts. Das reflektierte und/oder gestreute Messlicht wird anschließend mit einem Teilstrahl des ursprünglich emittierten Messlichtbündels zusammengeführt. Das reflektierte und/oder gestreute Messlicht interferiert mit dem Teilstrahl des emittierten Lichtbündels, wobei anhand des zeitlichen Verlaufs des entstehenden Interferenzmusters auf die Geschwindigkeitsverteilung der bewegten Objekte innerhalb des Messgebiets geschlossen werden kann. Beispielsweise kann das derart gewonnene Signal vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert werden, wobei sich die Geschwindigkeitsverteilung der beobachteten, bewegten Objekte als Frequenzverteilung im Frequenzspektrum darstellt. Im zeitlichen Mittel sind das derart ermittelte Frequenzspektrum und die Intensität der darin enthaltenen Frequenzanteile charakteristisch für die Bearbeitung eines bestimmten Materials mit bestimmten Prozessparameterwerten. Abweichungen von diesen Parameterwerten zeigen sich durch eine Veränderung des Frequenzspektrums und/oder der Intensitäten der enthaltenen Frequenzanteile.According to the invention, the movement speeds of the material flows in the process zone are measured by interferometric measurement. Here, the process zone is illuminated by means of a temporally coherent measurement light bundle, the measurement light being partially reflected and / or scattered on objects in the process zone. When reflecting and / or scattering on a moving object, the measuring light experiences a frequency shift due to the Doppler effect. The reflected and / or scattered measuring light is then combined with a partial beam of the originally emitted measuring light bundle. The reflected and / or scattered measuring light interferes with the partial beam of the emitted light bundle, it being possible to infer the speed distribution of the moving objects within the measuring area on the basis of the temporal course of the interference pattern that arises. For example, the signal obtained in this way can be transformed from the time domain into the frequency domain, the speed distribution of the observed, moving objects being represented as a frequency distribution in the frequency spectrum. On average over time, the frequency spectrum determined in this way and the intensity of the frequency components contained therein are characteristic of the processing of a specific material with specific process parameter values. Deviations from these parameter values are shown by a change in the frequency spectrum and / or the intensities of the frequency components contained.

Die erfindungsgemäße Messung der Bewegungsgeschwindigkeit der Stoffflüsse in der Prozesszone ist ebenso mit einem optischen Heterodynempfänger möglich. Der Messablauf ist identisch zur Messung mit beschriebener interferometrischer Methode, jedoch werden die beiden Teilstrahlen nicht direkt zum Interferieren überlagert, sondern in einem optisch-nichtlinearen Bauteil gemischt, beispielsweise in einem Photodetektor, dessen Ansprechverhalten in Bezug auf die Amplitude eines elektromagnetischen Feldes quadratische Charakteristik aufweist. Am Ausgang des nichtlinearen Bauteils können Überlagerungsfrequenzen abgegriffen werden, die den Geschwindigkeiten der beobachteten bewegten Objekte im Messgebiet entsprechen.The measurement of the movement speed of the material flows in the process zone according to the invention is also possible with an optical heterodyne receiver. The measurement sequence is identical to the measurement using the interferometric method described, but the two partial beams are not superimposed directly for interfering, but are mixed in an optically non-linear component, for example in a photodetector, the response of which is quadratic in relation to the amplitude of an electromagnetic field. At the output of the non-linear component, superimposition frequencies can be tapped that correspond to the speeds of the observed moving objects in the measurement area.

In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die erfindungsgemäße Messung der Bewegungsgeschwindigkeit durch ein selbstdurchmischendes Interferometer („self-mixing interferometry“). Bei dieser Messtechnik ist die Quelle des Messlichtbündels, welches die Prozesszone beleuchtet, zwingend ein Laser, vorzugsweise ein Diodenlaser. Das frequenzverschobene, aus der Prozesszone reflektierte und/oder gestreute Licht wird zurück in die Kavität des Lasers geführt, wo es mit dem Licht innerhalb des Laserresonators interferiert. Das entstehende Interferenzmuster zeigt sich als Modulation der optischen Ausgangsleistung des Lasers. Aus dem zeitlichen Verlauf der optischen Ausgangsleistung kann auf die Geschwindigkeitsverteilung der bewegten Objekte im Messgebiet geschlossen werden.The measurement of the movement speed according to the invention is carried out in a particularly advantageous manner by means of a self-mixing interferometer (“self-mixing interferometry”). In this measurement technique, the source of the measurement light beam that illuminates the process zone is a laser, preferably a diode laser. The frequency-shifted, reflected and / or scattered light is led back into the cavity of the laser, where it interferes with the light within the laser resonator. The resulting interference pattern is shown as a modulation of the optical output power of the laser. From the time course of the optical output power, the Speed distribution of the moving objects in the measurement area can be closed.

Bei der erfindungsgemäßen Messung ist es von Vorteil, einen großen Bereich der Prozesszone durch das Messlichtbündel zu erfassen. Hierdurch wird eine Geschwindigkeitsverteilung über möglichst alle bewegten Objekte in der Prozesszone ermittelt und die Ausrichtung des Messlichtbündels relativ zum Bearbeitungsort beeinflusst die Messung nicht wesentlich. Im Gegensatz dazu würde bei fokussierter Beleuchtung nur eines Ausschnitts der Prozesszone durch das Messlichtbündel das Messergebnis stark von der Ausrichtung des Messlichtbündels abhängen, da innerhalb der Prozesszone Gradienten der Stoffflussgeschwindigkeit bestehen.In the measurement according to the invention, it is advantageous to detect a large area of the process zone using the measurement light beam. As a result, a speed distribution over as many as possible moving objects in the process zone is determined and the alignment of the measuring light bundle relative to the processing location does not significantly influence the measurement. In contrast, with focused illumination of only a section of the process zone through the measurement light bundle, the measurement result would strongly depend on the orientation of the measurement light bundle, since there are gradients of the material flow velocity within the process zone.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es des Weiteren vorteilhaft, durch eine Ablenkeinrichtung eine Veränderung der Position des Messstrahls auf dem Werkstück zu ermöglichen. Hierdurch kann die Messstelle zentrisch zur Bearbeitungsstelle ausgerichtet werden und etwaige Bewegungen von optischen Elementen, die von Bearbeitungsstrahl und Messstrahl gemeinsam verwendet werden, können ausgeglichen werden. Die Ablenkeinrichtung kann motorisch verfahrbar ausgeführt sein, wodurch eine automatische Ausrichtung des Messlichtbündels an den Bearbeitungsort ermöglicht wird.When carrying out the method according to the invention, it is furthermore advantageous to enable a change in the position of the measuring beam on the workpiece by means of a deflection device. As a result, the measuring point can be aligned centrally to the processing point and any movements of optical elements that are used jointly by the processing beam and the measuring beam can be compensated. The deflection device can be designed such that it can be moved by a motor, which enables automatic alignment of the measuring light beam to the processing location.

Vorteilhaft ist die Ausführung des genannten Messverfahrens als weitestgehend faseroptisches System, insbesondere Aufbauten aus Einmodenfasern oder polarisationserhaltenden Fasern. Dieses faseroptische System kann kompakt aufgebaut werden und ermöglicht die Integration direkt im Bearbeitungskopf. Weiterhin ist ein faseroptisches System verglichen mit einem funktionell identischen optischen Aufbau mit freier Strahlführung unempfindlicher gegenüber mechanischen sowie thermischen Störungen.It is advantageous to carry out the measurement method mentioned as a largely fiber-optic system, in particular structures made of single-mode fibers or polarization-maintaining fibers. This fiber optic system can be built compactly and enables integration directly in the processing head. Furthermore, a fiber optic system is less sensitive to mechanical and thermal disturbances compared to a functionally identical optical structure with free beam guidance.

Für eine Analyse der Messdaten der erfindungsgemäßen Messung und/oder für eine Regelung des Bearbeitungsprozesses während eines Fertigungsvorgangs ist es von Vorteil, dass das Messsystem mit einer Auswerteeinrichtung in Verbindung steht, die mit der Steuerung der Bearbeitungsanlage Daten austauschen kann. Durch eine Analyse der Messdaten kann online die aktuelle Bearbeitungsqualität ermittelt werden. Die Verbindung zur Steuerung der Bearbeitungsanlage ermöglicht den Aufbau eines geschlossenen Regelkreises zur Prozessregelung.For an analysis of the measurement data of the measurement according to the invention and / or for a regulation of the machining process during a manufacturing process, it is advantageous that the measuring system is connected to an evaluation device that can exchange data with the control of the machining system. The current processing quality can be determined online by analyzing the measurement data. The connection to the control of the processing system enables the construction of a closed control loop for process control.

Die Wandlung der Interferenzmuster in elektrische Signale zur weiteren Auswertung in einer Auswertelektronik geschieht bei Realisierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft über symmetrische Detektionsverfahren („balanced photodetector“), wobei das Licht an beiden Ausgängen jenes Strahlteilers eines interferometrischen Aufbaus, welcher beide Teilstrahlen vereint, getrennt detektiert und nur die Differenz beider Detektorsignale verstärkt und weiterverarbeitet wird. Hierdurch kann ein Interferenzmuster mit einem hohen Signal-zu-Rauschabstand aufgenommen und in elektrische Signale gewandelt werden. Es werden Photodetektoren eingesetzt, die eine Messgeschwindigkeit entsprechend den Ansprüchen des durchzuführenden Laserbearbeitungsprozesses ermöglichen.The conversion of the interference pattern into electrical signals for further evaluation in evaluation electronics is particularly advantageous when the method according to the invention is implemented using symmetrical detection methods (“balanced photodetector”), the light being detected separately at both outputs of that beam splitter of an interferometric structure that combines both partial beams and only the difference between the two detector signals is amplified and processed. As a result, an interference pattern with a high signal-to-noise ratio can be recorded and converted into electrical signals. Photodetectors are used which enable a measuring speed in accordance with the requirements of the laser processing process to be carried out.

Kurze Beschreibungen der Zeichnungen:Brief descriptions of the drawings:

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Laserschneidprozesses mit einem auf die Werkstückoberfläche gerichteten Bearbeitungsstrahl und Messstrahl,
2 eine schematische Abbildung von Messdaten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Laserschneidoptik mit einem auf ein Werkstück gerichteten Bearbeitungsstrahl und Messstrahl sowie ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Art eines faseroptischen Mach-Zehnder Interferometers in einer schematischen Darstellung,
4 eine Laserschneidoptik mit einem auf ein Werkstück gerichteten Bearbeitungsstrahl und Messstrahl sowie ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Art eines faseroptischen Fabry-Perot Interferometers in einer schematischen Darstellung,
5 eine Laserschneidoptik mit einem auf ein Werkstück gerichteten Bearbeitungsstrahl und Messstrahl sowie ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Art eines selbstdurchmischenden Interferometers in einer schematischen Darstellung.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 1 shows a schematic representation of a laser cutting process with a processing beam and measuring beam directed onto the workpiece surface,
2nd 2 shows a schematic illustration of measurement data of the method according to the invention
3rd a laser cutting optics with a machining beam and measuring beam directed at a workpiece and a first embodiment of the method according to the invention in the manner of a fiber optic Mach-Zehnder interferometer in a schematic representation,
4th a schematic of a laser cutting optics with a processing beam and measuring beam directed at a workpiece and a second embodiment of the method according to the invention in the manner of a fiber optic Fabry-Perot interferometer,
5 a schematic of a laser cutting optics with a processing beam and a measuring beam directed at a workpiece and a second exemplary embodiment of the method according to the invention in the manner of a self-mixing interferometer.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele:Description of preferred embodiments:

1 zeigt ein, mittels einer beispielsweise in den 3 bis 5 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung in Form einer Laserschneidanlage, bearbeitetes Werkstück (20) im Querschnitt in einer schematischen Darstellung. Das Werkstück (20) bewegt sich relativ zu einem Bearbeitungsstrahl (11) in Verfahrrichtung (10) und wird vom Bearbeitungsstrahl (11) kontinuierlich aufgeschmolzen, wobei entlang der Schnittfront ein Schmelzfluss (21) entsteht, der durch antreibende Kräfte eines Prozessgasflusses (12) in Richtung Werkstückunterseite an dieser ausgetrieben wird, wobei sich aufgrund von turbulenten und/oder oszillierenden Strömungen sowie Oberflächenspannungen Schmelztropfen (22) aus aufgeschmolzenen Material bilden. Die Bearbeitungszone ist von einem Messstrahl (30) gemäß der Erfindung beleuchtet, wobei dieser teilweise an den Oberflächen des Schmelzflusses (21) sowie der Schmelztropfen (22) gestreut und/oder reflektiert wird und dabei Frequenzverschiebungen aufgrund des Doppler-Effekts entsprechend der Geschwindigkeiten von Schmelze (21) und Tropfen (22) erfährt. 1 shows a, for example in the 3rd to 5 shown laser processing device in the form of a laser cutting system, processed workpiece ( 20th ) in cross section in a schematic representation. The workpiece ( 20th ) moves relative to a machining beam ( 11 ) in the direction of travel ( 10th ) and is processed by the processing beam ( 11 ) melted continuously, with a melt flow (along the cutting front) 21 ) that arises from the driving forces of a process gas flow ( 12th ) in the direction of the underside of the workpiece is driven out on it, due to turbulent and / or oscillating flows Surface tension melting drops ( 22 ) from melted material. The processing zone is from a measuring beam ( 30th ) illuminated according to the invention, this partially on the surfaces of the melt flow ( 21 ) and the melting drop ( 22 ) is scattered and / or reflected and frequency shifts due to the Doppler effect corresponding to the velocities of the melt ( 21 ) and drops ( 22 ) experiences.

2 zeigt bei der erfindungsgemäßen Messung der Bewegungsgeschwindigkeiten während eines Laserschmelzschneidprozesses von Metall ermittelte Messwerte in einer schematischen Abbildung. Die Darstellung entspricht einem Histogramm der gemessenen Geschwindigkeiten in der Bearbeitungszone und ergibt sich bei der Übertragung des Ausgangssignals einer erfindungsgemäßen, interferometrischen Messung vom Zeitbereich in den Frequenzbereich. Der betrachtete Zeitbereich kann dabei so klein gewählt werden, dass Echtzeitbedingungen für eine Online-Überwachung und/oder Prozessregelung eingehalten werden. Die Geschwindigkeitsverteilung (61) stellt eine typische Verteilung für einen Schnitt mit gutem Bearbeitungsergebnis dar, wohingegen Geschwindigkeitsverteilung (60) eine typische Verteilung bei einem Schnitt mit schlechter Bearbeitungsqualität und geringeren, gemessenen Geschwindigkeiten darstellt. 2nd shows in the measurement of the movement speeds according to the invention during a laser fusion cutting process of metal measured values in a schematic illustration. The representation corresponds to a histogram of the measured speeds in the processing zone and results from the transmission of the output signal of an interferometric measurement according to the invention from the time domain to the frequency domain. The time range under consideration can be chosen so small that real-time conditions for online monitoring and / or process control are maintained. The speed distribution ( 61 ) represents a typical distribution for a cut with good machining results, whereas speed distribution ( 60 ) represents a typical distribution for a cut with poor processing quality and lower measured speeds.

3 zeigt in schematischer Ansicht den vereinfachten optischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem auf das Werkstück (20) gerichteten Bearbeitungsstrahl (11) und Messstrahl (30), wobei der Bearbeitungsstrahl von einer Laserquelle in der Bearbeitungsanlage (13) über ein Lichtleitkabel (14) zum Bearbeitungskopf geführt ist, der aus einer Kollimationseinrichtung (51), einem dichroitisch beschichteten Strahlumlenker (52) und einer Fokussiereinrichtung (50) besteht. Das erfindungsgemäße Messverfahren ist durch eine Vorrichtung bestehend aus einer fasergekoppelten, kohärenten Messlichtquelle (41), polarisationserhaltenen Einmodenfasern (49), zwei faseroptischen Strahlteilern (47a, 47b) („combiner“), einer Verzögerungsleitung (48), zwei Photodetektoren (42a, 42b), einem Zirkulator (46), einem Kollimator (45), einem an einer Verstelleinrichtung (43) befestigten Umlenkspiegel (44) sowie einer Auswerteeinrichtung (40) realisiert. Das von der Messlichtquelle (41) emittierte Licht wird durch den ersten Strahlteiler (47a) in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, wobei ein Teilstrahl den zweiten Strahlteiler (47b) nach Durchlaufen der Verzögerungsleitung (48) erreicht und ein weiterer Teilstrahl nach Durchlaufen des Zirkulators (46) im Kollimator (45) in ein paralleles oder weitestgehend paralleles Strahlenbündel umgeformt, vom verstellbaren Umlenkspiegel (44) umgelenkt wird und die Prozesszone nach Passieren des für die Wellenlängen des Messlichts durchlässigen Strahlumlenkers (52) sowie der Fokussiereinheit (50) beleuchtet. Entsprechend der Beschreibung zu 1 wird ein Teil des Messlichtes in der Prozesszone gestreut und/oder reflektiert und durchläuft den optischen Pfad in umgekehrter Richtung, wird jedoch am Zirkulator (46) zum zweiten Strahlteiler (47b) geführt. Beide Teilstrahlen interferieren im Strahlteiler, wobei die beiden resultierenden Teilstrahlen zu den Photodetektoren (42a) und (42b) geführt sind. Die Ausgangssignale der Photodetektoren (42a, 42b) sind in der Auswerteeinrichtung (40) als symmetrische Detektoren („balanced photodetector“) verschaltet, wobei nur die Differenz beider Ausgangssignale verstärkt und ausgewertet wird. Die Auswerteinheit (40) ist mit der Verstelleinheit (43) verbunden und positioniert durch diese den Messstrahl (30) auf dem Werkstück (20) im Hinblick auf ein maximales Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Die Auswerteeinrichtung (40) ist zudem mit der Bearbeitungsanlage (13) verbunden und tauscht mit dieser Messwerte und/oder interpretierte Messwerte sowie Maschineneinstellungen aus, wodurch eine Prozessregelung und Prozessüberwachung ermöglicht ist. 3rd shows a schematic view of the simplified optical structure of a laser processing device with a on the workpiece ( 20th ) directed machining beam ( 11 ) and measuring beam ( 30th ), the processing beam from a laser source in the processing system ( 13 ) via a light guide cable ( 14 ) is led to the processing head, which comes from a collimation device ( 51 ), a dichroic coated beam deflector ( 52 ) and a focusing device ( 50 ) consists. The measuring method according to the invention is achieved by a device consisting of a fiber-coupled, coherent measuring light source ( 41 ), polarization-maintaining single-mode fibers ( 49 ), two fiber optic beam splitters ( 47a , 47b) ("Combiner"), a delay line ( 48 ), two photodetectors ( 42a , 42b) , a circulator ( 46 ), a collimator ( 45 ), one on an adjustment device ( 43 ) attached deflection mirror ( 44 ) and an evaluation device ( 40 ) realized. The from the measuring light source ( 41 ) light emitted is transmitted through the first beam splitter ( 47a) divided into two partial beams, one partial beam splitting the second beam splitter ( 47b) after passing through the delay line ( 48 ) and a further partial jet after passing through the circulator ( 46 ) in the collimator ( 45 ) transformed into a parallel or largely parallel beam, from the adjustable deflecting mirror ( 44 ) is deflected and the process zone after passing through the beam deflector which is permeable to the wavelengths of the measuring light ( 52 ) and the focusing unit ( 50 ) illuminated. According to the description 1 part of the measuring light is scattered and / or reflected in the process zone and runs through the optical path in the opposite direction, but is 46 ) to the second beam splitter ( 47b) guided. Both partial beams interfere in the beam splitter, the two resulting partial beams leading to the photodetectors ( 42a) and (42b). The output signals of the photodetectors ( 42a , 42b) are in the evaluation device ( 40 ) connected as symmetrical detectors ("balanced photodetector"), whereby only the difference between the two output signals is amplified and evaluated. The evaluation unit ( 40 ) is with the adjustment unit ( 43 ) connected and positions the measuring beam ( 30th ) on the workpiece ( 20th ) with regard to a maximum signal-to-noise ratio. The evaluation device ( 40 ) is also with the processing system ( 13 ) connected and exchanges measured values and / or interpreted measured values as well as machine settings, which enables process control and process monitoring.

4 zeigt eine Abwandlung des Aufbaus aus 3 nach Art eines Fabry-Perot Interferometers in einer schematischen Darstellung. Das erfindungsgemäße Messverfahren ist hier durch eine Vorrichtung bestehend aus einer fasergekoppelten, kohärenten Messlichtquelle (41), Einmodenfasern (49), einem Photodetektor (42), einem Zirkulator (46), einem Kollimator (45), einem an einer Verstelleinrichtung (43) befestigten Umlenkspiegel (44) sowie einer Auswerteeinrichtung (40) aufgebaut. Das von der Messlichtquelle emittierte Licht durchläuft den Zirkulator (46) und wird am Faserende beim Kollimator (45) aufgrund eines vorhanden Reflexionskoeffizienten in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, wobei ein Teilstrahl durch den Kollimator (45) in einen gebündelten Messlichtstrahl (30) umgeformt und vom verstellbaren Umlenkspiegel (44) umgelenkt wird und die Prozesszone nach Durchlaufen des Strahlumlenkers (52) sowie der Fokussiereinheit (50) beleuchtet. Der am Faserende reflektierte Teilstrahl wird durch den Zirkulator (46) in Richtung Photodetektor (42) geleitet. Das aus der Prozesszone gestreute und/oder reflektierte Messlicht durchläuft den optischen Pfad in umgekehrter Richtung und wird vom Zirkulator (46) ebenfalls in Richtung Photodetektor (42) geleitet, wobei das reflektierte Messlicht nun einen gemeinsamen optischen Pfad mit dem ersten, am Faserende reflektierten, Teilstrahl aufweist und daher mit diesem interferiert. Gegenüber des Aufbaus aus 3 zeichnet sich der Aufbau in 4 durch eine geringere Anzahl optischer Elemente aus. Zudem kann auf die Verwendung polarisationserhaltender Fasern verzichtet werden, da der optische Pfad beider Teilstrahlen innerhalb von Fasern identisch ist. Doppelbrechung oder Vorzugspolarisationen innerhalb der Faser wirken sich daher nicht negativ auf die Interferenzfähigkeit der Teilstrahlen aus. 4th shows a modification of the structure 3rd like a Fabry-Perot interferometer in a schematic representation. The measuring method according to the invention is here a device consisting of a fiber-coupled, coherent measuring light source ( 41 ), Single-mode fibers ( 49 ), a photodetector ( 42 ), a circulator ( 46 ), a collimator ( 45 ), one on an adjustment device ( 43 ) attached deflection mirror ( 44 ) and an evaluation device ( 40 ) built up. The light emitted by the measuring light source passes through the circulator ( 46 ) and is at the end of the fiber at the collimator ( 45 ) divided into two partial beams due to an existing reflection coefficient, one partial beam through the collimator ( 45 ) in a bundled measuring light beam ( 30th ) reshaped and from the adjustable deflecting mirror ( 44 ) is deflected and the process zone after passing through the beam deflector ( 52 ) and the focusing unit ( 50 ) illuminated. The partial beam reflected at the end of the fiber is passed through the circulator ( 46 ) towards the photodetector ( 42 ) headed. The measuring light scattered and / or reflected from the process zone runs through the optical path in the opposite direction and is circulated by the circulator ( 46 ) also towards the photodetector ( 42 ) guided, the reflected measurement light now having a common optical path with the first partial beam reflected at the fiber end and therefore interfering with it. Opposite the construction 3rd the structure stands out in 4th by a smaller number of optical elements. In addition, the use of polarization-maintaining fibers can be dispensed with, since the optical path of the two partial beams within fibers is identical. Birefringence or preferential polarizations within the fiber therefore do not have a negative effect on the interference ability of the partial beams.

5 zeigt eine Abwandlung des Aufbaus aus 3 nach Art eines selbstdurchmischenden Interferometers („self-mixing interferometry“) in einer schematischen Abbildung. Die Erfindung ist in dieser Abbildung durch eine Vorrichtung bestehend aus einer Laserquelle (31), vorzugsweise einer Laserdiode, einem Kollimator (45), einem an einer Verstelleinrichtung (43) befestigten Umlenkspiegel (44) sowie einer Auswerteeinrichtung (40) dargestellt. Das von der Laserquelle (31) emittierte Messlicht (30) wird vom Kollimator in ein paralleles Strahlenbündel umgeformt und von dem verkippbaren Umlenkspiegel (44) durch den Strahlteiler (52) und die Fokussiereinheit (50) auf die Prozesszone gelenkt. Das vom Prozess reflektierte und/oder gestreute Messlicht gelangt durch den identischen optischen Pfad zurück in die Kavität der Laserquelle (31), in der es mit dem Licht innerhalb des Laserresonators interferiert. Die Interferenzmuster stellen sich als Modulation der optischen Ausgangsleistung der Laserquelle (31) dar, welche durch einen integrierten Photodetektor, welcher bei Laserquellen typischerweise zur Istwertgenerierung der optischen Ausgangsleistungsregelung vorhanden ist, in elektrische Signale gewandelt wird. Die Laserquelle (31) ist elektrisch mit der Auswerteeinrichtung (40) verbunden, welche die Messwerte interpretiert und mit der Bearbeitungsanlage (13) austauscht. 5 shows a modification of the structure 3rd in the form of a self-mixing interferometer ("self-mixing interferometry") in a schematic illustration. The invention is shown in this figure by a device consisting of a laser source ( 31 ), preferably a laser diode, a collimator ( 45 ), one on an adjustment device ( 43 ) attached deflection mirror ( 44 ) and an evaluation device ( 40 ). That from the laser source ( 31 ) emitted measuring light ( 30th ) is transformed into a parallel beam by the collimator and by the tiltable deflecting mirror ( 44 ) through the beam splitter ( 52 ) and the focusing unit ( 50 ) directed to the process zone. The measuring light reflected and / or scattered by the process returns through the identical optical path to the cavity of the laser source ( 31 ) in which it interferes with the light inside the laser resonator. The interference pattern is a modulation of the optical output power of the laser source ( 31 ), which is converted into electrical signals by an integrated photodetector, which is typically used in laser sources to generate the actual value of the optical output power control. The laser source ( 31 ) is electrical with the evaluation device ( 40 ), which interprets the measured values and with the processing system ( 13 ) exchanges.

Claims

Method for determining the processing quality of a laser-assisted material processing, characterized in that - the processing location is illuminated with a coherent measuring light beam (30), - that frequency shifts, due to the Doppler effect, reflect and / or reflect on a moving material (21, 22) scattered measuring light, the material (20) being melted and / or evaporated and / or removed, and - that the processing quality of the laser material processing process is inferred from the frequency shifts.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the frequency shifts are recorded by interferometric measurement.

Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the frequency shifts are recorded by a self-mixing interferometer ("self-mixing interferometry").

Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the detection of the frequency shifts is carried out by an optical heterodyne receiver.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the source of the measuring light is the processing laser (11) itself.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency shift is analyzed in an evaluation device (40).

Procedure according to Claim 6 , characterized in that an evaluation device (40) exchanges measurement data and / or interpreted measurement data and / or process parameter values with the control of the processing system (13).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coherent measurement light bundle (30) is aligned with the processing location by a device for steering (43) the measurement light bundle (30)

Method according to one of the preceding claims, characterized in that conclusions are drawn from the frequency shifts on the movement speeds of the melted and / or evaporated and / or removed material (21, 22).